Le rôle et l'application du principe de fonctionnement du générateur de surtension dans l'évaluation de la tolérance de l'équipement aux interférences transitoires à haute énergie

Abstract

1. Introduction

Avec le développement rapide de l'automatisation industrielle, des technologies de communication et de l'électronique grand public, les équipements électriques et électroniques ont des exigences de plus en plus élevées en matière de stabilité de leur environnement de fonctionnement. Cependant, les éclairs naturels génèrent instantanément une haute tension et un courant important dans les cordons d'alimentation et les lignes de signaux des équipements par induction électromagnétique. Parallèlement, le fonctionnement de charges inductives-capacitives de grande capacité, telles que le démarrage et l'arrêt de moteurs de grande puissance dans les ateliers et la commutation des armoires de compensation des condensateurs dans les réseaux électriques, provoque également des interférences transitoires telles que des variations brusques de tension sur le réseau électrique. Si ces interférences dépassent la limite de tolérance de l'équipement, elles peuvent provoquer une panne et une perte de données dans les cas légers, et une brûlure des composants et une paralysie du système dans les cas graves.

Pour résoudre ce problème, la Commission électrotechnique internationale (CEI) a élaboré la norme CEI 61000-4-5 « Compatibilité électromagnétique – Partie 4-5 : Techniques d’essai et de mesure – Essai d’immunité aux surtensions (impacts) », qui unifie les méthodes d’essai et les indicateurs d’évaluation des interférences transitoires à haute énergie. En tant que dispositif essentiel conforme à cette norme, le générateur de surtensions peut simuler avec précision les formes d’ondes transitoires générées par l’induction de la foudre et la commutation de charge, et fournir une base commune pour les tests de tolérance des cordons d’alimentation et des fils de connexion internes de différents types d’équipements (tels que les stations de base de communication, les appareils électroménagers, les composants électroniques automobiles, etc.), devenant ainsi un outil indispensable pour la recherche et le développement, la production et le contrôle qualité des équipements.

Générateur de surtension SG61000 5 

2. Principe de fonctionnement du générateur de surtension Principe de fonctionnement et exigences de la norme IEC61000-4-5

2.1 Principe de fonctionnement du générateur de surtension Principe de fonctionnement

La fonction principale du principe de fonctionnement du générateur de surtension est de générer des formes d'onde d'impulsion transitoires conformes aux normes, et son processus de fonctionnement est principalement divisé en trois étapes : stockage d'énergie, modulation de forme d'onde et injection d'impulsions :

• Étape de stockage d'énergie:L'appareil charge le condensateur interne de grande capacité via une alimentation CC haute tension et ajuste la tension de charge en fonction des exigences de test pour réaliser le stockage de différents niveaux d'énergie (la formule de calcul de l'énergie est

où $C$ est la valeur de capacité et $V$ est la tension de charge).

• Étage de modulation de forme d'ondeLors de la décharge du condensateur, le circuit d'amortissement RLC, composé d'inductances et de résistances, module le temps de montée, la durée de crête et les caractéristiques d'atténuation de l'impulsion, afin de garantir que la forme d'onde de sortie soit conforme aux exigences de la norme CEI 61000-4-5. Par exemple, les formes d'onde de tension 1.2/50 μs (temps de montée 1.2 μs, temps de demi-crête 50 μs) et de courant 8/20 μs (temps de montée 8 μs, temps de demi-crête 20 μs) pour les tests de cordons d'alimentation sont obtenues en adaptant précisément les paramètres du circuit.

• Étape d'injection d'impulsions:L'impulsion transitoire modulée est injectée dans le cordon d'alimentation ou le fil de connexion interne de l'équipement testé (EUT) via un réseau de couplage/découplage (CDN), tout en empêchant l'impulsion d'interférer avec le réseau électrique ou d'autres équipements de test.

2.2 Exigences fondamentales de la norme IEC61000-4-5

La norme IEC61000-4-5 fournit des spécifications techniques claires pour les tests de surtension, incluant principalement les trois aspects suivants :

• Exigences relatives à la forme d'ondeLa norme spécifie deux types de formes d'onde principales. L'une est une forme d'onde de tension de 1.2/50 μs (état de circuit ouvert) et une forme d'onde de courant de 8/20 μs (état de court-circuit), utilisées pour simuler l'induction de foudre ; l'autre est une forme d'onde de tension de 10/700 μs et une forme d'onde de courant de 5/320 μs pour les interférences sur les lignes de transport longue distance. Le générateur de surtension doit pouvoir générer ces formes d'onde avec précision, et l'erreur des paramètres de forme d'onde doit être contrôlée à ± 20 %.

• Niveaux de testSelon l'intensité des interférences électromagnétiques dans l'environnement d'utilisation de l'équipement, la norme divise les niveaux de test en niveaux 1 à 4 et niveau X (personnalisation spéciale). Les pics de tension et de courant correspondants à chaque niveau sont indiqués dans le tableau suivant :

• Configuration des testsLa norme exige que le système de test comprenne un générateur de surtension, un réseau de couplage/découplage (CDN), un système de mise à la terre et un équipement de surveillance. Le CDN doit assurer un couplage efficace entre l'impulsion et l'équipement sous test (EUT) et isoler ce dernier du réseau électrique afin d'éviter la diffusion des interférences. Le système de mise à la terre doit respecter une impédance ≤ 0.5 Ω pour garantir une décharge sûre de l'énergie d'impulsion.

3. Caractéristiques techniques et avantages de LISUN SG61000-5 Principe de fonctionnement du générateur de surtension

Le LISUN SG61000-5  Le principe de fonctionnement du générateur de surtension est un appareil de test haute performance qui répond entièrement à la norme IEC61000-4-5, et ses paramètres techniques et sa conception fonctionnelle répondent pleinement aux exigences de test de tolérance des équipements dans différentes industries.

3.1 Paramètres techniques de base

Les principaux paramètres techniques de cet appareil sont présentés dans le tableau suivant. Sa plage de sortie couvre les exigences de test des niveaux 1 à 4, avec une grande précision de forme d'onde et une grande stabilité.

3.2 Avantages fonctionnels

• Adaptabilité multi-scénariosL'appareil prend en charge trois impédances de sortie : 2 Ω, 12 Ω et 500 Ω, correspondant respectivement aux exigences de test des cordons d'alimentation (2 Ω/12 Ω) et des lignes de signal (500 Ω). Aucun remplacement de matériel supplémentaire n'est requis, ce qui réduit les coûts de test.

• Expérience d'exploitation intelligente:Il est équipé d'un écran tactile de 7 pouces, prenant en charge le réglage des paramètres en un clic, l'affichage de la forme d'onde en temps réel et le stockage des données de test ; en même temps, il fournit un logiciel de contrôle côté PC, qui peut réaliser la liaison de plusieurs appareils et la génération automatique de rapports de test, améliorant ainsi l'efficacité des tests.

• Conception de protection de sécurité:Il dispose de circuits de protection intégrés contre les surtensions, les surintensités et les surchauffes, qui coupent automatiquement l'alimentation électrique lorsque l'appareil est anormal ; la coque est faite de matériaux ignifuges et la borne de mise à la terre répond aux normes de sécurité, garantissant la sécurité des opérateurs et des équipements.

4. Processus de test de tolérance de l'équipement basé sur le principe de fonctionnement du générateur de surtension

Prenant la LISUN SG61000-5 Principe de fonctionnement du générateur de surtension à titre d'exemple, combiné à la norme IEC61000-4-5, le processus de test de tolérance des cordons d'alimentation des équipements et des fils de connexion internes peut être divisé en cinq étapes suivantes :

4.1 Préparation aux tests
Connexion de l'équipement : connectez le principe de fonctionnement du générateur de surtension au cordon d'alimentation de l'équipement testé (EUT) via un réseau de couplage/découplage (CDN) et connectez l'EUT à la charge en fonction de l'état de fonctionnement réel ; en même temps, connectez l'équipement de surveillance (tel que les oscilloscopes, les analyseurs de puissance) pour observer la tension, la réponse du courant et l'état de fonctionnement de l'EUT.
Paramétrage : Déterminez le niveau de test en fonction de l'environnement d'utilisation de l'EUT (par exemple, sélectionnez le niveau 3 pour les équipements de communication extérieurs) et définissez le pic de tension/courant correspondant (tel qu'une tension de 2 kV et un courant de 1 kA pour le niveau 3), la polarité d'impulsion (5 tests pour le positif et le négatif respectivement) et l'intervalle d'impulsion (1 minute par test pour éviter la surchauffe de l'EUT) sur le générateur.

4.2 Pré-tests
Injectez 1 à 2 impulsions de faible énergie (par exemple, 50 % du niveau de test) pour vérifier la connexion du système de test, la capacité de l'équipement de surveillance à collecter des données avec précision et le bon fonctionnement de l'équipement testé. En cas de mauvaise connexion ou d'anomalie des données, des ajustements doivent être effectués à temps avant le redémarrage.

4.3 Tests formels
Injectez des impulsions transitoires selon les paramètres définis et observez l'état de fonctionnement de l'EUT après chaque impulsion :
Fonctionnement normal : l'EUT ne présente aucun phénomène tel qu'un crash, une perte de données ou une dégradation des performances ;
Dégradation temporaire des performances : l'EUT présente des anomalies fonctionnelles temporaires, mais récupère automatiquement après la fin de l'impulsion ;
Défaillance fonctionnelle : l'EUT présente des défauts permanents, tels que l'épuisement des composants et l'impossibilité de démarrer.

4.4 Enregistrement et analyse des données
Enregistrez l'état de l'EUT après chaque injection d'impulsion, obtenez le pic de tension, le pic de courant du cordon d'alimentation et les données de réponse transitoire des fils de connexion internes via l'équipement de surveillance, et comparez-les aux indicateurs de jugement « fonctionnement normal de l'équipement » de la norme IEC61000-4-5 (tels que fluctuation de tension ≤ 10 %, aucun dommage permanent) pour évaluer le niveau de tolérance de l'EUT.

4.5 Génération de rapports de test
Organisez les données de test et générez un rapport comprenant le modèle d'équipement de test, la base standard, les paramètres, les enregistrements d'état EUT et les conclusions de tolérance, qui fournit une base pour l'amélioration de la recherche et du développement d'équipements ou la certification de la qualité.

5. Cas d'application pratique
5.1 Test de tolérance des cordons d'alimentation des équipements de station de base de communication
Un fabricant d’équipements de communication a utilisé le LISUN SG61000-5 Principe de fonctionnement du générateur de surtension pour les tests de tolérance du nouveau module d'alimentation de la station de base 5G. Le niveau de test était de niveau 3 (conforme aux exigences de l'environnement extérieur), et les données spécifiques sont présentées dans le tableau suivant :

Analyse : Lors de la phase initiale des tests, l'équipement testé a subi une panne de courant temporaire. Après examen, il a été constaté que le seuil de déclenchement du circuit de protection contre les surtensions du module d'alimentation était trop bas. Après ajustement des paramètres du circuit de protection, l'équipement a pu résister de manière stable aux interférences transitoires de niveau 3, répondant ainsi aux exigences de fonctionnement en extérieur de la station de base.

5.2 Test des fils de connexion internes des appareils électroménagers
Une entreprise d'électroménager a utilisé ce générateur pour réaliser des tests de niveau 2 (environnement intérieur) sur les câbles de connexion des moteurs internes de machines à laver. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau suivant :

Conclusion : Les fils de connexion internes de la machine à laver peuvent résister aux interférences transitoires à haute énergie de niveau 2 et aucune amélioration de conception n'est nécessaire.

6. Conclusion et perspectives
En tant qu'outil essentiel pour évaluer la tolérance des cordons d'alimentation et des fils de connexion internes des équipements aux interférences transitoires à haute énergie, le principe de fonctionnement du générateur de surtension fournit une base unifiée pour l'évaluation des performances des équipements dans différents secteurs et types grâce à ses capacités de test standardisées. LISUN SG61000-5 Principe de fonctionnement du générateur de surtension présente des avantages significatifs dans les tests de communication, d'appareils électroménagers, d'électronique automobile et d'autres domaines en raison de ses paramètres techniques conformes à la norme IEC61000-4-5, de son adaptabilité multi-scénarios et de sa conception de fonctionnement intelligente.